我一直對老爺車著迷，欣賞它帶來的駕駛樂趣，但它卻缺乏現代汽車的舒適性，在炎熱的夏季駕駛一輛沒有空調的車。我決定測試一些車窗配置，以保持內部溫度涼爽的同時又不會讓你的臉被風吹。我決定使用SOLIDWORKS流模擬來測試我的窗口配置假設。

SOLIDWORKS Flow Simulation是一種計算流體動力學的工具，使用SOLIDWORKS Flow Simulation運行一個參數化仿真，測試不同的車窗，以驗證哪種車窗將使汽車冷卻最快，而不會令駕駛員感到不適。

模型準備

首先，準備用于流動仿真的模型。必須關閉汽車前部的小通風孔并確保SOLIDWORKS模型是封閉的。對模型進行適當的修改后，可使用檢查工具來驗證模型是否可用于流體模擬。

此檢查工具還具有另一個很棒的功能，您可以創建流體體積的實體，并使用該實體生成自定義網格，在該實體中設置初始流體條件，并創建目標目標。通過使用具有關閉窗口的汽車配置，我使用檢查工具創建了汽車內部體積的實體，該實體將在模擬的預處理和后處理中使用。選中相應的框，從模型內部的空白空間創建一個新文件。

在仿真開始之前我想回答一個關鍵問題，這個問題推動了研究本身的建立。

窗戶以100公里/小時的速度行駛時，將汽車冷卻至穩定溫度需要多長時間？

由于我想知道冷卻汽車駕駛室所需的時間，因此我必須進行與時間有關的研究。為了模擬類似風洞的環境，我將環境流體速度設置為所需的車速。將為駕駛員頭部上的力設定一個目標，為車內液體體積的總體環境溫度設定一個目標。參數算例將用于通過操縱尺寸來更改窗口配置。該參數研究將運行一系列具有不同尺寸值的模擬，并顯示目標參數。

模擬過程

假設汽車以恒定速度行駛，將環境流體條件設置為具有100 km / hr的速度。這個可以在“初始條件”選項卡下的常規設置中完成。在“分析類型”選項卡上，應選中“時間相關”框，以便可以在不同的物理時間步長查看結果。

在計算控制選項菜單中，可以設置完成條件，該條件指定何時停止運行模擬。使用“停止條件”復選框，在目標收斂或經過300秒（五分鐘）的物理時間后，模擬將停止。由于仿真是與時間相關的，因此需要設置保存條件，以便您可以按特定的時間步長查看結果。保存條件在保存選項卡的計算控制選項中設置。使用15秒的定期物理時間步長將每15秒保存一次完整的流量結果。

接下來，設置車輛內部空氣的初始條件。這是使用檢查工具創建的流體體起作用的地方。使用初始條件工具，將車輛內部的流量參數設置為0速度，并將熱力學參數設置為40°C的初始溫度。

模擬的目的是穩定內部體積的溫度和施加到代表駕駛員頭部的球體上的空氣力。這些目標用于使研究趨于一致并易于查看值。為了穩定內部容積的溫度，需要在流體容積體上設置總體平均溫度目標。要了解駕駛員頭部的風力，請在代表頭部的球體上創建一個曲面目標。

設置完所有這些條件之后，就該查看網格了。手動網格將用于生成基本網格，并進行一些通道改進以捕捉窗口中的間隙。可以將局部網格添加到內部流體體積主體和窗口開口周圍的表面。全局網格將使流體外部的元素保持在指定的大小，而局部網格將提高感興趣區域，窗口開口和內部流體的分辨率，如下圖所示。

研究結果

兩個關鍵結果是穩定內部溫度所需的時間和駕駛員頭部受力。這兩個數字都是通過創建目標圖獲得的。我假設的理想情況是在大約80秒內將汽車從40°C冷卻到21°C，僅向駕駛員分配了0.002磅的力。仿真解決了，結果是現實的，因此是時候進行參數研究了。

這是SOLIDWORKS Flow Simulation產生的目標圖，顯示了冷卻車輛內部溫度所需的時間。

參數研究

實驗設計和優化研究將是要使用的參數研究的類型。這將允許我改變多個輸入變量以創建不同的模擬方案。控制窗口打開量的尺寸將設置為2英寸至10英寸。

實驗使用“最佳方案”在方案選項卡中創建，以最小化兩個目標。將實驗輸入框的數量設置為35，可以很好地理解輸入變量如何影響目標。在運行與時間有關的實驗之后，會生成許多數據，但是SOLIDWORKS Flow Simulation可以輕松導出到excel。Excel可以輕松過濾掉風頭過高的實驗，并以表格，摘要或圖形格式查看所需的數據。以下是具有可接受風力的研究溫度和時間結果的圖形表示。

進一步篩選數據，發現模擬配置中的最佳窗口配置具有0.003 lbs的風力，20.51°C的最低溫度，僅用23 s就獲得了低于21°C的溫度。這種理想的配置使駕駛員的前窗完全關閉，前乘客窗打開約8英寸，而兩個后窗打開10英寸。

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